一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器的制造方法
【專利摘要】一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器，該匹配器包括大模場(chǎng)輸出光纖、單模熱擴(kuò)芯光纖、單模輸送光纖、涂覆層；大模場(chǎng)輸出光纖包括大模場(chǎng)輸出光纖纖芯、大模場(chǎng)輸出光纖包層；單模熱擴(kuò)芯光纖包括熱擴(kuò)芯光纖包層、加熱擴(kuò)張后的纖芯；單模輸送光纖包括單模輸送光纖包層、單模輸送光纖纖芯；所述熱擴(kuò)芯光纖纖芯左端為單模熱擴(kuò)芯加熱擴(kuò)張后的纖芯的左端部分。所述單模熱擴(kuò)芯光纖的左端與大模場(chǎng)輸出光纖相連，單模熱擴(kuò)芯光纖的另一端與單模輸送光纖為一體結(jié)構(gòu)；涂覆層設(shè)置在單模熱擴(kuò)芯光纖左端與大模場(chǎng)輸出光纖的連接處。該模場(chǎng)匹配器實(shí)現(xiàn)了光纖無源器件的全光纖化，且具有體積小，損耗低、成本低、可靠性高等顯著特點(diǎn)。
【專利說明】一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光纖激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗模場(chǎng)匹配功能的光纖器件。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著光纖技術(shù)的迅速發(fā)展，ΜΟΡΑ(Master Oscillator Power-Amplif ier，主振蕩功率放大)結(jié)構(gòu)是獲得高功率光纖激光器的主要研宄方案，大模場(chǎng)面積光纖的應(yīng)用有效地抑制了光纖非線性和光纖端面損傷的不利影響，實(shí)現(xiàn)高功率高脈沖能量的激光輸出，加速了高功率光纖激光器和放大器的發(fā)展。但同時(shí)也帶來了兩個(gè)問題:一是由于大模場(chǎng)光纖不滿足單模條件，造成了輸出光束質(zhì)量的降低；二是與小芯徑光纖熔接損耗高。
[0003]因此如何實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)面積光纖與小芯徑光纖的低損耗連接，實(shí)現(xiàn)二者之間的模式匹配，并保證在高功率下激光器系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，以及良好的光束質(zhì)量是非常具有挑戰(zhàn)性的問題。
[0004]目前解決這一問題的方法一般為空間透鏡耦合法，熔融拉錐法、過渡光纖法以及熱擴(kuò)芯處理法?？臻g透鏡耦合方法，操作復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且其空間結(jié)構(gòu)增加了激光器的不穩(wěn)定性及復(fù)雜性，阻礙了輸出功率的提高，也不符合光纖激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)全光纖化的發(fā)展趨勢(shì)；光纖熔融拉錐技術(shù)，對(duì)精度要求較高，在拉錐過程中容易破壞光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的均勻?qū)ΨQ性，不適合包層相差較小的光纖熔接處理；過渡光纖法，是在兩種模場(chǎng)不匹配的光纖之間加入一種過渡光纖來減小不同種光模場(chǎng)光纖之間的傳輸損耗，但在加入過渡光纖的同時(shí)也引入了插入損耗，增加了激光系統(tǒng)的不穩(wěn)定性；對(duì)于包層直徑相差較小的兩種光纖，對(duì)纖芯直徑較小的光纖直接采用熱擴(kuò)芯處理，操作簡(jiǎn)單，成本低廉，可靠性高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗模場(chǎng)匹配器，用以解決目前中實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)面積光纖與小芯徑單模光纖的模場(chǎng)失配的問題，實(shí)現(xiàn)了大模場(chǎng)面積光纖與小芯徑單模光纖的低損耗連接，并保證在高功率下激光器系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，以及良好的光束質(zhì)量。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗模場(chǎng)匹配器，包括大模場(chǎng)輸出光纖(10)、熱擴(kuò)芯光纖(20)、單模輸送光纖(30)、涂覆層
(40);大模場(chǎng)輸出光纖(10)包括大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(11)、大模場(chǎng)輸出光纖包層(12)；單模熱擴(kuò)芯光纖(20)包括熱擴(kuò)芯光纖包層(21)、加熱擴(kuò)張后的纖芯(22);單模輸送光纖
(30)包括單模輸送光纖包層(31)、單模輸送光纖纖芯(32);所述熱擴(kuò)芯光纖纖芯左端(23)為熱擴(kuò)芯光纖纖芯(22)的左端部分。
[0007]所述單模熱擴(kuò)芯光纖(20)左端與大模場(chǎng)輸出光纖(10)相連，單模熱擴(kuò)芯光纖(20)的另一端與單模輸送光纖(30)為一體結(jié)構(gòu)；涂覆層(40)設(shè)置在單模熱擴(kuò)芯光纖左端
(20)與大模場(chǎng)輸出光纖(10)的連接處。
[0008]所述激光器大模場(chǎng)輸出光纖(10)的V值大于2.405且小于3.83 ;所述單模熱擴(kuò)芯光纖(20)是利用加熱直接對(duì)單模輸送光纖(30)端部進(jìn)行熱擴(kuò)芯處理，纖芯(22)沿光纖軸向逐漸擴(kuò)張變大，達(dá)到與大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(12)的匹配；利用電弧放電直接將大模場(chǎng)輸出光纖(10)與單模熱擴(kuò)芯光纖(20)匹配處進(jìn)行熔接，二者連接部分自然形成漸變光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了大模場(chǎng)輸出光纖(10)到單模輸送光纖(30)的光模場(chǎng)匹配；然后通過單模輸送光纖(30)將高階模式濾除，得到單模光輸出；最后利用高折射率材料對(duì)大模場(chǎng)輸出光纖(10)與熱擴(kuò)芯光纖左端(20)的熔接點(diǎn)進(jìn)行涂覆，形成一層均勻涂覆層(40)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0010]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了一種集成剝離以及模場(chǎng)匹配功能的光纖器件，該光纖模場(chǎng)匹配器不需要空間耦合的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，直接實(shí)現(xiàn)了大模場(chǎng)光纖與單模光纖的模場(chǎng)匹配。相對(duì)于空間耦合復(fù)雜結(jié)構(gòu)，額外的過渡結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜的摻雜組分帶來的損耗來說，該模場(chǎng)匹配器實(shí)現(xiàn)了光纖無源器件的全光纖化，且具有體積小，損耗低、成本低、可靠性高等顯著特點(diǎn)。
[0011]同時(shí)由于在大模場(chǎng)光纖與單模熱擴(kuò)芯熔接處涂覆的高折射率材料形成的涂覆層，使得該模場(chǎng)匹配器具有良好的剝離能力，能將包層中的光進(jìn)行剝離，減小熔接點(diǎn)的熱積累，提高了熱處理能力，保障了激光系統(tǒng)的安全性以及可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】中加熱前單模光纖的折射率以及加熱后單模熱擴(kuò)芯光纖的折射率示意圖。
[0014]圖3是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】中加熱后單模熱擴(kuò)芯光纖的模場(chǎng)直徑示意圖；
[0015]圖中:10、大模場(chǎng)輸出光纖，20、單模熱擴(kuò)芯光纖，30、單模輸送光纖，40、涂覆層，11、大模場(chǎng)輸出光纖纖芯，12、大模場(chǎng)輸出光纖包層，21、熱擴(kuò)芯光纖包層，22、加熱擴(kuò)張后的纖芯，23、熱擴(kuò)芯光纖纖芯左端，31、單模輸送光纖包層，32、單模輸送光纖纖芯。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來對(duì)本實(shí)用新型一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以求更為清楚地闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容。
[0017]如圖1所示，一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗模場(chǎng)匹配器，包括大模場(chǎng)輸出光纖(10)、單模熱擴(kuò)芯光纖(20)、單模輸送光纖(30)、涂覆層(40);大模場(chǎng)輸出光纖(10)包括大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(11)、大模場(chǎng)出光纖包層(12);單模熱擴(kuò)芯光纖(20)包括熱擴(kuò)芯光纖包層(21)、加熱擴(kuò)張后的纖芯(22);單模輸送光纖(30)包括單模輸送光纖包層
(31)、單模輸送光纖纖芯(32);所述熱擴(kuò)芯光纖纖芯左端(23)為加熱擴(kuò)張后的纖芯(22)的左端部分。
[0018]所述單模熱擴(kuò)芯光纖(20)的熱擴(kuò)芯光纖左端(20)與大模場(chǎng)輸出光纖(10)相連，熱擴(kuò)芯光纖(20)的另一端與單模輸送光纖(30)為一體結(jié)構(gòu)；涂覆層(40)設(shè)置在熱擴(kuò)芯光纖左端(20)與大模場(chǎng)輸出光纖(10)的連接處。
[0019]所述激光器大模場(chǎng)輸出光纖(10)的V值大于2.405且小于3.83 ;所述單模熱擴(kuò)芯光纖(20)是利用加熱直接對(duì)單模輸送光纖(30)端部進(jìn)行熱擴(kuò)芯處理，熱擴(kuò)芯光纖纖芯(22)沿光纖軸向逐漸擴(kuò)張變大，使加熱擴(kuò)張后的纖芯左端(23)與大模場(chǎng)輸出光纖纖芯
(12)達(dá)到匹配；利用電弧放電直接將大模場(chǎng)輸出光纖(10)與單模熱擴(kuò)芯光纖(20)匹配處進(jìn)行熔接，二者連接部分自然形成漸變光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)輸出光纖(10)到單模熱擴(kuò)芯光纖(20)的光模場(chǎng)匹配；然后通過單模輸送光纖(30)將高階模式濾除，得到單模光輸出；最后利用高折射率材料對(duì)大模場(chǎng)輸出光纖(10)與單模熱擴(kuò)芯光纖左端(20)的熔接點(diǎn)進(jìn)行涂覆，形成一層均勻涂覆層(40)。
[0020]所述的單模熱擴(kuò)芯光纖(20)是直接對(duì)單模輸送光纖(30)端部進(jìn)行加熱擴(kuò)芯處理，無需加入其他元器件或過渡光纖，減少了激光系統(tǒng)的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性。
[0021]所述單模熱擴(kuò)芯光纖纖芯(22)形成漸變錐形區(qū)域，沿著加熱區(qū)域逐漸擴(kuò)張，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，纖芯擴(kuò)張?jiān)矫黠@。
[0022]通過擴(kuò)至加熱時(shí)間與加熱溫度控制單模熱擴(kuò)芯光纖纖芯擴(kuò)張大小，使單模熱擴(kuò)芯光纖纖芯左端(23)與大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(12)右端完全匹配。
[0023]所述的模場(chǎng)匹配器是從大模場(chǎng)輸出光纖(10)到單模熱擴(kuò)芯光纖(20)，而不是從單模輸送光纖(30)到大模場(chǎng)輸出光纖(10)。
[0024]所述激光器大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(12)中輸出的激光模場(chǎng)直徑大于單模輸送光纖纖芯(32)中傳輸?shù)募す饽?chǎng)直徑。
[0025]單模輸出光纖(10)不支持高階模式，會(huì)將高階模式有效地剝離掉，最后通過單模輸送光纖(30)得到單模激光輸出。
[0026]所述涂覆層(40)將泄漏到包層中的高階模式光進(jìn)行剝離，減小大模場(chǎng)輸出光纖
(10)與單模熱擴(kuò)芯光纖(20)左端的熔接點(diǎn)的熱積累。
[0027]實(shí)施例
[0028]本實(shí)施例中所采用的激光器的大模場(chǎng)輸出光纖(10)的V值大于2.405且小于3.83，屬于多模光纖，纖芯中存在高階模式。
[0029]所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器，還包括單模熱擴(kuò)芯光纖(20)，單模熱擴(kuò)芯光纖(20)由包層(21)和加熱擴(kuò)張后的纖芯(22)組成。單模熱擴(kuò)芯光纖(20)是直接對(duì)單模輸送光纖(30)端部進(jìn)行加熱擴(kuò)芯處理，無需加入其他元器件或過渡光纖。
[0030]更為具體的，本實(shí)施例中單模熱擴(kuò)芯光纖(20)的加熱方式是利用氫氧焰進(jìn)行加熱，也可以選擇其他加熱方式進(jìn)行加熱，例如電弧加熱，高溫加熱爐等其他方式。單模熱擴(kuò)芯光纖(20)其纖芯(22)部分形成漸變錐行區(qū)域，沿著加熱區(qū)域逐漸擴(kuò)張，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，纖芯擴(kuò)張?jiān)矫黠@。
[0031]進(jìn)一步說明的，本實(shí)施例中通過調(diào)節(jié)氫氧焰的參數(shù)，加熱時(shí)間，加熱長(zhǎng)度等參數(shù)，保證單模熱擴(kuò)芯光纖纖芯左端(23)達(dá)到與大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(12)右端完全匹配，實(shí)現(xiàn)二者的模場(chǎng)匹配。圖2為加熱前單模光纖的折射率以及加熱后單模熱擴(kuò)芯光纖的折射率示意圖。
[0032]本實(shí)施例中利用電弧放電直接將大模場(chǎng)輸出光纖(10)右端與單模熱擴(kuò)芯光纖
(20)左端進(jìn)行熔接，實(shí)現(xiàn)二者連接，連接部分自然形成漸變光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)輸出光纖(10)到單模輸送光纖(30)的光模場(chǎng)匹配。其中值得注意的是從大模場(chǎng)輸出光纖(10)到單模熱擴(kuò)芯光纖(20)的模場(chǎng)匹配，而不是從單模光纖(20)到大模場(chǎng)輸出光纖(10)的模場(chǎng)匹配。二者的熔接方式還可以采用其他方法。圖3加熱后單模熱擴(kuò)芯光纖的模場(chǎng)直徑示意圖。
[0033]本實(shí)施例中利用單模輸送光纖(30)不支持高階模式的特性將高階模式有效地濾除，得到單模激光輸出。
[0034]本實(shí)施例中利用高折射率材料對(duì)大模場(chǎng)輸出光纖(10)右端與熱擴(kuò)芯光纖(20)左端的熔接點(diǎn)進(jìn)行涂覆，形成一層均勻涂覆層(40)。這種高折射率材料形成的涂覆層(40)將泄露到包層中的高階模式進(jìn)行剝離，減小大模場(chǎng)輸出光纖(10)右端與熱擴(kuò)芯光纖(20)左端的熔接點(diǎn)的熱積累，避免光纖因?yàn)闇囟忍叨鴮?duì)光纖造成損傷，影響光纖的使用以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0035]以上對(duì)本實(shí)用新型所一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器，其特征在于:該匹配器包括大模場(chǎng)輸出光纖(10)、熱擴(kuò)芯光纖(20)、單模輸送光纖(30)、涂覆層(40);大模場(chǎng)輸出光纖(10)包括大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(11)、大模場(chǎng)輸出光纖包層(12);單模熱擴(kuò)芯光纖(20)包括包層(21)、加熱擴(kuò)張后的纖芯(22);單模輸送光纖(30)包括單模輸送光纖包層(31)、單模輸送光纖纖芯(32);所述熱擴(kuò)芯光纖纖芯左端(23)為熱擴(kuò)芯光纖纖芯(22)的左端部分; 所述單模熱擴(kuò)芯光纖(20)左端與大模場(chǎng)輸出光纖(10)相連，單模熱擴(kuò)芯光纖(20)的另一端與單模輸送光纖(30)為一體結(jié)構(gòu)；涂覆層(40)設(shè)置在熱擴(kuò)芯光纖(20)左端與大模場(chǎng)輸出光纖(10)的連接處； 所述激光器大模場(chǎng)輸出光纖(10)的V值大于2.405且小于3.83 ;所述單模熱擴(kuò)芯光纖(20)是利用加熱直接對(duì)單模輸送光纖(30)端部進(jìn)行熱擴(kuò)芯處理，纖芯(22)沿光纖軸向逐漸擴(kuò)張變大，達(dá)到與大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(12)的匹配；利用電弧放電直接將大模場(chǎng)輸出光纖(10)與單模熱擴(kuò)芯光纖(20)匹配處進(jìn)行熔接；利用高折射率材料對(duì)大模場(chǎng)輸出光纖(10)與單模熱擴(kuò)芯光纖(20)左端的熔接點(diǎn)進(jìn)行涂覆，形成一層均勻涂覆層(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器，其特征在于:單模熱擴(kuò)芯光纖(20)是直接對(duì)單模輸送光纖(30)端部進(jìn)行加熱擴(kuò)芯處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器，其特征在于:所述單模熱擴(kuò)芯光纖(20)的纖芯(22)形成漸變錐形區(qū)域，沿著加熱區(qū)域逐漸擴(kuò)張。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器，其特征在于:通過擴(kuò)至加熱時(shí)間與加熱溫度控制單模熱擴(kuò)芯光纖纖芯擴(kuò)張大小，使單模熱擴(kuò)芯光纖纖芯左端(23)與大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(12)右端完全匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器，其特征在于:所述的模場(chǎng)匹配器是從大模場(chǎng)輸出光纖(10)到單模熱擴(kuò)芯光纖(20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場(chǎng)匹配器，其特征在于:所述激光器大模場(chǎng)輸出光纖纖芯(12)中輸出的激光模場(chǎng)直徑大于單模輸送光纖纖芯(32)中傳輸?shù)募す饽?chǎng)直徑。
【文檔編號(hào)】G02B6/255GK204256211SQ201420652172
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】王智勇, 張晶, 葛廷武, 孫暢, 董繁龍, 高靜, 符聰, 李思源 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)